基质金属蛋白酶响应型DNA复合水凝胶在早期肝癌治疗中的研究

Minimal invasive treatment of early stage HCC based on injectable drug carrier is of great clinical significance. However, current injectable drug carriers play the single role of drug delivery without further contribution to the treatment after drug release. It is in urgent demand that an intelligent carrier could perform a responsive function activation and continue to participate in the treatment. In this study, we propose an intelligent injectable hydrogel for minimal invasive treatment of early stage HCC under MRI image guiding. We use CpG containing DNA nano-dendrimers as main component which can be crosslinked by an MMP cleavable peptide to fabricate hydrogels. Chemo and immuno drugs can be packed into the hydrogel during the crosslinking. Once injected into tumor, the release of anticancer drugs will be triggered by MMP cleavage to perform combined therapy. Meanwhile, the hydrogel will transform into nanomedicine to enhance the immunotherapy. By combining chemotherapy and enhanced immunotherapy by immunologic adjuvant, an efficient treatment of early stage HCC and low recurrence could be achieved.

基于可注射药物载体的早期肝癌微创治疗具有重要的临床意义。当前可注射药物载体功能为单一的药物输送，释放药物后，载体不再继续参与治疗，制备响应型功能转换的智能药物载体是该领域的重要研究方向。该申请提出了一种在磁共振成像（MRI）影像导航下可注射的智能水凝胶系统，以实现药物和载体的有机结合。该系统载体的主要成分为含有免疫刺激功能CpG序列的树枝状DNA纳米组装体，通过基质金属蛋白酶（MMP）响应型多肽交联生成水凝胶，并同时负载化疗药物和免疫治疗药物制备成可注射DNA复合水凝胶。在MRI影像导航下注射到早期小肝癌部位后，MMP刺激DNA复合水凝胶响应解体释放出化疗药物和免疫治疗药物，化疗药物对肿瘤进行化疗，并增强肿瘤对免疫检查点阻断疗法的敏感性，使得原本对免疫治疗低响应的肿瘤对免疫治疗变得敏感，而载体本身则同时转化为纳米免疫佐剂，增强免疫治疗的效果，从而高效治疗早期肝癌并有效防止复发。

DNA纳米药物和DNA水凝胶的应用受到制备工艺和生产成本等诸多因素的制约。该项目中，我们首先构建了一步法组装树枝状DNA纳米结构的方法，并对其组装机理进行了深入研究，该方法的提出使得DNA纳米药物的制备工艺极大简化。随后，我们开发出有别于传统固相化学合成的生物发酵方法，进行目标单链DNA的制备，并利用该技术制备出具有靶向基因调控功能的DNA纳米药物。体内和体外结果表明，该DNA纳米药物具有良好的靶向基因调控功能，在与传统化药联用的情况下，可以有效抑制肿瘤的生长。另外，我们对生物发酵生产定制化序列单链DNA的技术进行了改进，避免了在生产过程中使用高成本的限制性内切酶，极大降低了成本，是的大规模低成本制备功能型DNA水凝胶成为可能。利用这一技术，我们制备出了不需要任何仪器辅助的响应型DNA水凝胶，在15分钟之内即可检测出目标核酸序列。该项目的研究成果为DNA纳米药物和功能型DNA水凝胶的产业化制备提供了技术路线和工艺基础。